DE3607517A1

DE3607517A1 - Kompressor mit einem mechanismus zur verringerung von pulsierenden druckschwankungen

Info

Publication number: DE3607517A1
Application number: DE19863607517
Authority: DE
Inventors: Susumu Saitama Tokio/Tokyo Echizen; Takeo Iijima; Hiroshi Nomura; Susumu Saito
Original assignee: Diesel Kiki Co Ltd
Current assignee: Valeo Thermal Systems Japan Corp
Priority date: 1985-03-12
Filing date: 1986-03-07
Publication date: 1986-09-25
Also published as: US4715790A; JPS61207884A; JPH0351915B2; AU573075B2; AU5428886A; KR890000685B1; KR860007478A; DE3607517C2

Description

Gesthuyselh & von Rohr

Die Erfindung betrifft einen Kompressor zur Kompression von Gasen wie Kühlgasen od. dgl. und insbesondere einen Kompressor mit einem Mechanismus zur Verringerung von pulsierenden Druckschwankungen eines Ausstoßdrucks.

Speziell betrifft die Erfindung einen Kompressor mit einem Mechanismus zur Verringerung von Druckschwankungen, mit einem Zylinderblock mit einer Mehrzahl von Zylinderbohrungen, mit einer Mehrzahl von in den Zylinderbohrungen eingesetzten, hin und her gehende Bewegungen mit entsprechenden Phasendifferenzen ausführenden Kolben, mit einer an einem Ende des Zylinderblocks angeordneten Ventilplatte und einer Mehrzahl von zu den Zylinderbohrungen korrespondierend ausgebildeten Ansaugöffnungen und Ausstoßöffnungen, mit einem Ansaugventil zum Öffnen und Schließen der Ansaugöffnungen und mit einem Auslaßventil zum Öffnen und Schließen der Ausstoßöffnungen.

l/v Kompressoren mit einer Mehrzahl von in einem Zylinderblock ausgebildeten Zylinderbohrungen und in den Zylinderbohrungen eingepaßten Kolben, bei denen die Kolben mit einer bestimmten Phasendifferenz hin und her bewegt werden, und zwar mit Hilfe von Schrägplatten od. dgl., sind als Wobblekompressoren, Taumelscheibenkompressoren od. dgl. bekannt. Bei derartigen Kompressoren sind die pulsierenden Druckschwankungen des Ausstoßdrucks früher ein Problem gewesen. Derartige pulsierende Druckschwankungen werden über die Rohrleitungen in Schwingungen einer Kühlanlage umgewandelt und verursachen unangenehme und störende Geräusche. Aus diesem Grunde sind bislang verschiedene Erfindungen zur Verringerung von pulsierenden Druckschwankungen des Ausstoßdrucks vorgeschlagen worden.

Bei einer bekannten Erfindung (JA-P-OS 56-44.481 (1981)) sind an einem Zylinderkopf eine erste Hochdruck-Kammer und eine zweite Hochdruck-Kammer ausgebildet und über eine Verbindungsöffnung miteinander verbunden. Das in den Zylinderbohrungen komprimierte Gas wird ausgestoßen, indem es durch eine Ausstoßöffnung in der Ventilplatte, die erste Hochdruck-Kammer, die Verbin-

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dungsöffnung, die zweite Hockdruck-Kammer und einen Ausstoßdurchlaß nacheinander strömt. Das Pulsieren des Ausstoßdrucks wird so nach Art eines Schalldämpfers reduziert.

In dem zuvor erläuterten bekannten System ist die erste Hochdruck-Kammer so konstruiert, daß sie von der Ventilplatte und dem Zylinderkopf umgeben ist. Die zweite Hochdruck-Kammer ist so konstruiert, daß sie von einer Abdeckung und dem Zylinderkopf umgeben ist, wobei die Abdeckung an der rückwärtigen Stirnfläche des Zylinderkopfs befestigt ist. Um dabei die zweite Hochdruck-Kammer gegenüber der Umgebung abzudichten, muß ein spezielles Dichtungsteil wie beispielsweise ein O-Ring od. dgl. zwischen dem Zylinderkopf und der Abdeckung angeordnet werden. Dadurch wird die Anzahl der notwendigen Dichtungsteile erhöht.

/\ Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Mechanismus zur Verringerung von Druckschwankungen bei einem Kompressor anzugeben, bei dem die zweite Hochdruck-Kammer bzw. zweite Hochdruck-Teilkammer durch einfache Maßnahmen abgedichtet ist und so die Anzahl der Dichtungsteile geringer ist.

Der erfindungsgemäße Kompressor, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß am mit der Ventilplatte versehenen Ende des Zylinderblocks ein Zylinderkopf angeordnet und die Ventilplatte zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock sandwichartig eingeklemmt ist, daß am Zylinderkopf eine Trenneinrichtung bzw. Trennplatte vorgesehen ist und den Zylinderkopf in eine erste, mit den Ausstoßöffnungen in Verbindung stehende Hochdruck-Teilkammer und eine zweite, mit einem am Zylinderkopf ausgebildeten Ausstoßdurchlaß in Verbindung stehende Hochdruck-Teilkammer unterteilt und daß in der Trenneinrichtung bzw. Trennplatte eine Verbindungsöffnung zur Verbindung der ersten Hochdruck-Teilkammer und der zweiten Hochdruck-Teilkammer miteinander ausgebildet ist.

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Erfindungsgemäß sind also die erste Hochdruck-Teilkammer und die zweite Hochdruck-Teilkammer im Zylinderkopf mittels einer darin angeordneten Trenneinrichtung bzw. Trennplatte ausgebildet, so daß keine Notwendigkeit besteht, die erste Hochdruck-Teilkammer oder die zweite Hochdruck-Teilkammer mittels eines Dichtungsteils gegenüber der Umgebung abzudichten. Dadurch wird die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den «,*, XL nachgeordneten Ansprüchen. Viele andere Vorteile, Merkmale und weitere Ziele dieser Erfindung werden für einen Fachmann deutlich unter Bezugnahme auf die nachfolgende spezielle Beschreibung der Erfindung und die zugehörige Zeichnung, worin ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung lediglich beispielhaft erläutert wird.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Schnitt entlang der Linie I - I in Fig. 2,

Fig. 2 in Stirnansicht einen Kompressor,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III - III in Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV - IV in Fig. 1 und

Fig. 5 einen Dichtungsbereich zwischen einem Zylinderkopf und einer Ventilplatte eines erfindungsgemäßen Kompressors in einer vergrößerten Schnittdarstellung.

Bei dem in den Fig. 1 bis 5 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich beispielhaft um einen bekannten Wobblekompressor bzw. Taumelscheibenkompressor. Hier sind beispielhaft in einem

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Zylinderblock 1 insgesamt fünf Zylinderbohrungen 2 parallel zueinander und in gleichen Abständen voneinander angeordnet und ein Kolbenkopf 3a eines Kolbens 3 ist in jeweils eine Zylinderbohrung 2 gleitend verschiebbar eingesetzt. Der Kolbenkopf 3a ist mit einer Kolbenstange 3b verbunden, die an ihrem anderen, in den Figuren nicht dargestellten Ende mit einer Taumelscheibe verbunden ist oder an einer Taumelscheibe zur Anlage kommt. Die benachbarten Kolben 3 in benachbarten Zylinderbohrungen 2 führen hin und her gehende Bewegungen mit vorgegebenen Phasendifferenzen aus.

Eine Ventilplatte 4 ist zwischen dem Zylinderblock 1 und einem später noch zu beschreibenden Zylinderkopf 5 sandwichartig eingeklemmt, und zwar unter Zuhilfenahme von Dichtungen 6a und 6b, und ist gemeinsam mit dem Zylinderkopf 5 an einem Ende des Zylinderblocks 1 mit Hilfe von Befestigungsschrauben 7 befestigt. Ein Ende jeder Zylinderbohrung 2 ist so geschlossen und durch die Innenflächen der Zylinderbohrung 2, einen Kolbenkopf 3a und eine Innenfläche der Ventilplatte 4 wird eine Kompressionskammer 8 gebildet. Die Ventilplatte 4 weist Ansaugöffnungen 9 und Ausstoßöffnungen 10 gegenüber jeder Zylinderbohrung 2 auf, d. h. im dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel gibt es fünf Ansaugöffnungen 9 und fünf Ausstoßöffnungen

Die Ansaugöffnungen 9 werden von einem sternförmig ausgeführten Ansaugventil 11 verschlossen, das zwischen der Ventilplatte 4 und einer Dichtung 6a sandwichartig eingeklemmt ist. Das Ansaugventil 11 ist offenbar und im Ansaugtakt, wenn also der Kolben 3 zurückfährt und das Volumen der Kompressionskammer 8 vergrößert wird, öffnet sich die jeweilige Ansaugöffnung 9, um Gas in die Kompressionskammer 8 einzusaugen. Im Kompressions- und Ausstoßtakt, wenn also der Kolben 3 vorfährt, um das Volumen der Kompressionskammer 8 zu verringern, schließt die jeweilige Ansaugöffnung 9. Auch die Ausstoßöffnungen 10 sind schließbar, und zwar von einem Auslaßventil 12, das gleichfalls sternartig ausgebildet ist. Auf der Rückseite des Auslaßventils 12 ist ein Ventilhalter 13 (Wegbegrenzer) angeordnet. Das Auslaßventil 12 ist mit dem

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Ventilhalter 13 gemeinsam über eine Befestigungsschraube 14 mittig am Zylinderblock 1 befestigt. Im Ansaugtakt schließt das Auslaßventil 12 die Ausstoßöffnungen 10 und im Kompressions- und Ausstoßtakt öffnet es die Ausstoßöffnungen 10.

Der Zylinderkopf 5 weist eine integral ausgeformte, ringförmige Scheidewand 15 auf, die zentrisch um die Befestigungsschraube 14 herum angeordnet ist. Das Innere des Zylinderkopfs 5, nämlich der Bereich, der von der Ventilplatte 4 und dem Zylinderkopf 5 eingeschlossen ist, ist in eine Niederdruckkammer 16 am Umfang und eine Hochdruckkammer 17 in der Mitte aufgeteilt, und zwar mittels der Scheidewand 15. Die Niederdruckkammer 16 steht mit den Ansaugöffnungen 9 in der Ventilplatte 4 in Verbindung und steht außerdem mit einem Ansaugdurchlaß 18 am Zylinderkopf 5 in Verbindung. An der Innenseite der Scheidewand 15 im Zylinderkopf 5 ist eine Einsatzöffnung 20 mit einem Absatz 19 an einem Ende ausgebildet. Eine Trenneinrichtung bzw. Trennplatte ist vorgesehen, die im dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel annähernd die Form eines Zylinders mit einem Boden aufweist. Die Trennplatte als Trenneinrichtung ist mit ihrer äußeren Umfangsfläche leicht in die Einsatzöffnung 20 eingedrückt und unterteilt die Hochdruckkammer 17 in eine erste Hochdruck-Teilkammer 17a und eine zweite Hochdruck-Teilkammer 17b. Ein Umfangsrand am Boden der Trennplatte 21 kommt am Absatz 19 am Zylinderkopf 5 zur Anlage, während der umlaufende Stirnrand an der Dichtung 6b zur Anlage kommt.

Wie Fig. 5 zeigt wirkt die Dichtung 6b als Hauptdichtung dieses Bereichs, da die Dichtungsrate zwischen Ventilplatte 4 und Scheidewand 15 hoch, zwischen Ventilplatte 4 und Trennplatte 21 gering ist, so daß dieser Bereich eine sogenannte Minusdichtung bildet. Diese Anordnung ist getroffen, um die Abdichtung zwischen der Niederdruckkammer 16 und der ersten Hochdruck-Teilkammer 17a zu verbessern durch Erhöhung des Druckkontakts der Ventilplatte 4 mit der vorderen Stirnfläche der Scheidewand 15. Eine solche Minusdichtung kann eingesetzt werden, da die Abdichtung zwischen der ersten Hochdruck-Teilkammer 17a

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und der zweiten Hochdruck-Teilkammer 17b durch einen leichten Preßsitz der Trennplatte 21 im Zylinderkopf 5 gewährleistet ist.

Die erste Hochdruck-Teilkammer 17a ist so ausgebildet, daß sie das Auslaßventil 12 umgibt und mit allen Ausstoßöffnungen 10 in Verbindung steht. Die zweite Hochdruck-Teilkammer 17b steht mit einem Ausstoßdurchlaß 22 am Zylinderkopf 5 in Verbindung. Die erste Hochdruck-Teilkammer 17a und die zweite Hochdruck-Teilkammer 17b stehen über eine Verbindungsöffnung 23 im Boden der Trennplatte 21 miteinander in Verbindung. Die Verbindungsöffnung 23 ist in der Mitte der zweiten Hochdruck-Teilkammer 17b angeordnet, während der Ausstoßdurchlaß 22 in der Nähe des Umfangsrandes der zweiten Hochdruck-Teilkammer 17b angeordnet ist, so daß der Abstand zwischen beiden so groß wie möglich gewählt ist. Wie Fig. 1 zeigt sind nach bevorzugter Lehre der Erfindung die kleinsten Durchmesser der Ausstoßöffnungen 10, der Verbindungsöffnung 23 und des Ausstoßdurchlasses 22 zu D₁, D₂, D₃ bestimmt. Das Verhältnis dieser kleinsten Durchmesser ist dann so, daß D. größer ist als D₂ und D₂ größer ist als D₃, als Formel geschrieben also Di > D₂ ^D₃. Nach weiter bevorzugter Lehre der Erfindung ist die Zylinderlänge der Trennplatte 1 relativ gering und die Volumina der ersten Hochdruck-Teilkammer 17a und der zweiten Hochdruck-Teilkammer 17b werden zu V₁, V₂ bestimmt, wobei V₂ größer ist als V₁, als Formel geschrieben V₂^¹V₁. Der Schalldämpfereffekt wird so verbessert durch Vergrößerung des Öffnungsverhältnisses (Verhältnis der Durchmesser beider Kammern) zwischen Ausstoßdurchlaß 22 und zweiter Hochdruck-Teilkammer 17b.

Nachfolgend wird die Funktionsweise des zuvor erläuterten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kompressors beschrieben. Dazu ist zunächst zu erläutern, daß in Fig. 4 breite weiße Pfeile die Strömung von angesaugtem Gas und schmale schwarze Pfeile die Strömung von ausgestoßenem Gas zeigen.

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Wenn eine in den Figuren nicht dargestellte Antriebswelle gedreht wird, führt der Kolben 3 in der Zylinderbohrung 2 eine hin und her gehende Bewegung aus, wobei die Phasendifferenz im dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 72° beträgt. Wenn ein Kolben 3 den Ansaugtakt beginnt, wird das Volumen der Kompressionskammer 8 vergrößert, so daß der Druck in der Kompressionskammer 8 verringert wird und das Ansaugventil 11 öffnet, so daß Gas in die Kompressionskammer 8 eingesaugt wird. In diesem Zeitpunkt tritt angesaugtes Gas in die Niederdruckkammer 16 vom Ansaugdurchlaß 18 her ein und erreicht die Kompressionskammer 8 durch die Ansaugöffnung 9.

Beginnt der Kompressions- und Ausstoßtakt für das Gas, so wird das Volumen der Kompressionskammer 8 verringert und der Druck in der Kompressionskammer erhöht. Dadurch wird das Auslaßventil 12 geöffnet und das ausgestoßene Gas mit hohem Druck von der Ausstoßöffnung 10 in die erste Hochdruck-Teilkammer 17a ausgestoßen. In der ersten Hochdruck-Teilkammer 17a wird das Gas vorübergehend gespeichert und dann durch die Verbindungsöffnung 23 und die zweite Hochdruck-Teilkammer 17b sowie den Ausstoßdurchlaß 22 aus dem Kompressor ausgestoßen.

In diesem Fall wird der Gasstrom während seines Strömens durch die Ausstoßöffnung 10, die Verbindungsöffnung 23 und den Ausstoßdurchlaß 22 eingeschnürt und ist entspannt, wenn er in die mit der ersten Hochdruck-Teilkammer 17a, der zweiten Hochdruck-Teilkammer 17b und dem Ausstoßdurchlaß 22 verbundene Rohrleitung eintritt. Dementsprechend werden die vom Ausstoß mit vorgegebenen Phasendifferenzen verursachten DruckSchwankungen des Ausstoßdrucks langsam geringer durch die wiederholte Einschnürung und Entspannung des Gasstroms und durch die Führung des Gasstroms in einem kurvenförmigen Weg.

Im hier dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das Pulsieren des Drucks in besonders erheblichem Maße abgeschwächt werden, da die kleinsten Durchmesser D., D₂, D₃ der Ausstoßöffnung 10, der Verbindungsöffnung 23 und

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des Ausstoßdurchlasses 22 zu D₁ größer als D₂ und D₂ größer als Dg
(D. 2* D₂ >Do) bestimmt sind. Besteht ein Problem in pulsierenden Druckschwankungen des die Verbindungsöffnung 23 durchströmenden Gasstroms, so werden die Volumina V₁, V₂ der ersten Hochdruck-Teilkammer 17a und der zweiten Hochdruck-Teilkammer 17b zu V₂ größer als V₁ (V₂ > V₁) bestimmt. Dadurch wird das Entspannungsverhältnis vergrößert und die Druckschwankungen werden in diesem Bereich konzentrisch minimiert. Die Abstände von jeder der Ausstoßöffnungen 10 zur Verbindungsöffnung 23 sind gleich, so daß die Druckschwankungen des aus jeder Ausstoßöffnung 10 ausgestoßenen Gases wechselseitig abgepuffert sind und Verstärkungen nicht auftreten können (wegen der Phasendifferenzen der Druckschwankungen an den Ausstoßöffnungen 10).

Offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung unter Berücksichtigung der zuvor gegebenen Lehren möglich.

- Leerseite -

Claims

Gesthuyseti & von Rohr Patentansprüche:

1. Kompressor mit einem Mechanismus zur Verringerung von Druckschwankungen, mit einem Zylinderblock mit einer Mehrzahl von Zylinderbohrungen, mit einer Mehrzahl von in den Zylinderbohrungen eingesetzten, hin und her gehende Bewegungen mit entsprechenden Phasendifferenzen ausführenden Kolben, mit einer an einem Ende des Zylinderblocks angeordneten Ventilplatte und einer Mehrzahl von zu den Zylinderbohrungen korrespondierend ausgebildeten Ansaugöffnungen und Ausstoßöffnungen, mit einem Ansaugventil zum Öffnen und Schließen der Ansaugöffnungen und mit einem Auslaßventil zum Öffnen und Schließen der Ausstoßöffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß am mit der Ventilplatte (4) versehenen Ende des Zylinderblocks (1) ein Zylinderkopf (5) angeordnet und die Ventilplatte (4) zwischen dem Zylinderkopf (5) und dem Zylinderblock (1) sandwichartig eingeklemmt ist, daß im Zylinderkopf (5) eine Trenneinrichtung bzw. Trennplatte (21) vorgesehen ist und den Zylinderkopf (5) in eine erste, mit den Ausstoßöffnungen (10) in Verbindung stehende Hochdruck-Teilkammer (17a) und eine zweite, mit einem am Zylinderkopf (5) ausgebildeten Ausstoßdurchlaß (22) in Verbindung stehende Hochdruck-Teilkammer (17b) unterteilt und daß in der Trenneinrichtung bzw. Trennplatte (21) eine Verbindungsöffnung (23) zur Verbindung der ersten Hochdruck-Teilkammer (17a) und der zweiten Hochdruck-Teilkammer (17b) miteinander ausgebildet ist.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung bzw. Trennplatte (21) in einem leichten Preßsitz in den Zylinderkopf (5) eingepaßt ist.

3. Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsöffnung (23) in der Mitte der zweiten Hochdruck-Teilkammer (17b) angeordnet ist und daß der Ausstoßdurchlaß (22) in der Nähe des Umfangsrandes der zweiten Hochdruck-Teilkammer (17b) angeordnet ist.

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4. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinsten Durchmesser der Ausstoßöffnungen (10), der Verbindungsöffnungen (23) und des Ausstoßdurchlasses (22) als D₁, D₂, D₃ bestimmt sind und daß D. größer ist als D₂ und D₂ größer ist als D₃ (D^ D₂=* D₃).

5. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumina der ersten Hochdruck-Teilkammer (17a) und der zweiten Hochdruck-Teilkammer (17b) zu V. und V₂ bestimmt sind und V₂ größer ist als V₁ (V₂ > V₁).